Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Оптимизация режимов резания

Оптимизация режимов резания для элементарного и инструментального переходов. Алгоритм оптимизации режима резания рассмотрим на примере обтачивания цилиндрического участка вала диаметром d с длиной рабочего хода Lp.х. В качестве критерия оптимизации приняты приведенные затраты на выполнение перехода:

(6.1)

где Е — затраты на эксплуатацию рабочего места за 1 мин; mшк — штучно-калькуляционное время; Зи — затраты на эксплуатацию инструмента (группы инструментов) за период его стойкости; NT — количество заготовок, обработанных за период стойкости.

Подставляем в функцию цели (формула (6.1)) значения ее элементов согласно формулам (6.2)-(6.5):

(6.2)

где хшк — штучно-калькуляционное время; хш — штучное время; хпз — подготовительно-заключительное время; NПT — размер партии обрабатываемых заготовок; хпоп — время на подготовку операции; хнал — время наладки,

(6.3)

где топ — операционное время; тоб и тот — время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места оператором и на регламентированный отдых,

(6.4)

где т0 — основное время, тв1 и тв2 — вспомогательное время, включающее две составляющие: зависящую от режима резания и не зависящую от него:

(6.5)

где тси — время, затрачиваемое на смену затупившегося инструмента; трн — время, затрачиваемое на размерную настройку; твп — время, затрачиваемое на вспомогательные перемещения; Nnc — количество деталей, обработанных за период стойкости; тзд — время, затрачиваемое на загрузку-выгрузку заготовки и хпрх — время, необходимое для манипуляций, связанных с переходом, в которые входят смена инструмента в цикле, переключение режимов резания, пуск и остановка рабочих органов станка, контроль и т. д.

(6.6)

где Тm — период стойкости режущего инструмента; Cv — эмпирический параметр, постоянный для группы обрабатываемых материалов; Kv — коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала и инструмента, а также других условий резания; v — скорость резания; t — глубина резания; s — подача (на зуб инструмента либо на оборот); х, у — эмпирические параметры (показатели степени), зависящие от вида обработки, свойств инструмента и условий резания; и учитывая известную зависимость т0 от параметров режима резания и обрабатываемой поверхности, получаем:





показатели степени; Емин — минутная зарплата рабочего; Ест — минутные затраты, компенсирующие амортизацию станка и капитальные затраты.

Зависимость затрат 3 от скорости резания ь и подачи s показана на рисунке 6.3. Из графиков на этом рисунке следует, что при любой подаче существует оптимальное значение скорости и резания, которому соответствует минимум затрат на выполнение перехода. С увеличением подачи оптимальная скорость резания и Зmin монотонно уменьшаются.

Оптимальное по экономическому критерию значение скорости резания х>оптэ можно найти, приравняв нулю производную от 3 по г). Тогда, согласно формуле (6.7), получаем:



откуда с учетом выражений (6.8) имеем:



Сопоставив это выражение с формулой (6.5), можно сделать вывод, что:

(6.9)

где Топтэ — оптимальная по экономическому критерию стойкость инструмента. Следовательно,

(6.10)


Если пренебречь затратами Зи на эксплуатацию режущего инструмента за период его стойкости, то выражение (6.9) дает значение стойкости, оптимальной по критерию максимальной производительности (Топтп) , т. е.:



и

(6.11)

Как vоптэ, так и vonmjl зависят от значений глубины резания t и подачи s. На рисунке 6.3 видно, что несмотря на уменьшение vonm3, 
связанное с увеличением s, эффективность точения повышается (т. е. Зmin уменьшается). При предварительной обработке эффективность перехода обусловлена объемной производительностью формообразования, т. е. скоростью Q удаления припуска (Q = tsv). Если подставить значение согласно формуле (6.10) или (6.11), то получим:

(6.12)

При любых разновидностях точения с продольной подачей и прямым срезом (t > s)x < у <1. Следовательно, согласно выражению (6.12), увеличение глубины резания t и подачи s за счет соответствующих зависимости (6.10) или (6.11) уменьшения скорости резания повышает эффективность обработки. Поскольку х < у, то увеличение глубины резания за счет пропорционального уменьшения s тоже повышает эффективность. Следовательно, при выявлении оптимальных параметров режима точения необходимо сначала на основании технических ограничений определить глубину резания, затем по соответствующим ограничениям (не зависящим от скорости резания) — подачу и, наконец, по формуле (6.10) или (6.11) вычислить оптимальную скорость резания.

Ограничением для глубины резания является припуск, который желательно удалить за один проход. При предварительной обработке ограничением для подачи является сила резания, допустимая либо прочностью режущей пластины, либо прочностью механизмов станка, либо упругой деформацией технологической системы. Однако сила резания зависит от скорости резания, которая на этом этапе еще неизвестна. В таких случаях из выражения (6.10) или (6.11) подача исключается путем подстановки из соответствующих моделей ограничения.

Если при выводе выражения (6.7) вместо формулы (6.5) воспользоваться выражением (6.6), которое отражает зависимость между стойкостью инструмента и параметрами режима резания в более широком диапазоне скоростей резания, то получим:

(6.13)

где

Значения vonm3, вычисленные по формулам (6.10) и (6.13), различаются прй обычных условиях точения незначительно (на 0,5-1,5%). Пользоваться формулой (6.13) следует только при точении с большими подачами и дорогим инструментом.

Однако точные значения параметров р, хси, Зи и Е, которые используются для оценки оптимальной скорости резания по формулам (6.10)-(6.13), никогда не бывают известны. Данные, приведенные в справочной литературе, являются среднестатистическими и, следовательно, приближенными.

Исследования показали, что при идентичных инструментальных и обрабатываемых материалах и одинаковой геометрии резца в разных лабораториях получены разные значения ц., отличающиеся от среднего на 25-45% в ту и другую сторону. Но погрешность оценки параметров (I, хси, Зи и Е в пределах 25% вполне допустима, так как при этом неправильно оцененная и установленная на станке скорость резания приведет к увеличению затрат не более чем на 5-10%.

Порядок расчета оптимальных значений параметров режимов резания для сверления, зенкерования и фрезерования такой же, как при точении. Различаются только структура и параметры моделей ограничений и формул для расчета скорости резания. При оптимизации необходимо проводить расчеты с учетом нескольких ограничений.

Довольно часто имеют место случаи, когда выполнение инструментального перехода осуществляется при изменяющейся скорости резания (например, при точении или растачивании ступенчатой заготовки либо конуса с постоянной частотой вращения). Модель для вычисления оптимальной по экономическому критерию частоты вращения nопт.э при точении ступенчатого вала длиной L была получена на основе модели изнашивания:

(6.14)

ti — глубина резания на i-й ступени диаметром di и длиной Li, k — число ступеней вала.

Обычно при оптимизации режимов точения ступенчатых или конусных поверхностей вычисление частоты вращения ведется по максимальному диаметру заготовки. При этом теряется производительность из-за уменьшения значения nonmJ. Относительное уменьшение частоты вращения δn = nопт э / nр-1 (здесь пр — расчетная по dmax частота вращения заготовки) можно определить Из выражения:



Измерительный метод осуществляется на основе технических средств измерения. С помощью этого метода определяют значения...

Возникновение остаточных напряжений

Возникновение остаточных напряжений в поверхностном слое при механической обработке объясняется следующими причинами...

Способность материалов сопротивляться воздействию переменных нагрузок (напряжений) без разрушения называется усталостной...